聚晶金刚石复合片非脆性去除磨削机理研究

聚晶金刚石复合片非脆性去除磨削机理研究

贾乾忠;李嫚;张弘弢;董海;屈福政

【摘要】Grinding of polycrystalline diamond (PCD ) is an important process in PCD cutter manufacturing . The grinding parameters can strongly influence the removal form of PCD , and determine the performance of the cutting tool . Non-brittle removal mechanism of PCD including scoring effect ,sliding effect and thermochemical reaction ,as well as their relations with grinding parameters ,are investigated by examining the surface micro-morphology of pre-etched PCD specimens using scanning electron microscopy .The experimental results indicate that scoring effect ,which is functional in the initial stage of wet

grinding ,happens only when the wear particles of diamond wheel are sharp .On the contrary ,sliding effect and thermochemical reaction ,which happen simultaneously , are the main removal mechanisms when wear particles of diamond wheel are blunt .At last ,a special group of grinding experiments are carried out and the existence of a softened layer caused by thermochemical reaction on the ground surface of PCD is confirmed indirectly .%聚晶金刚石(polycrystalline diamond ,PCD)的磨削是PCD刀具制造中的关键环节 ,磨削参数的变化影响PCD的去除方式 ,进而决定刀具的切削性能.通过扫描电镜观察分析腐蚀后的PCD磨削表面微观形貌 ,研究了金刚石砂轮磨削PCD中的刻划作用、滑擦作用和热化学反应等非脆性去除机理 ,及其与磨削参数的关系.结果表明 :刻划作用仅在砂轮磨粒较锋利时产生作用 ,多存在于湿磨初期 ;砂轮磨钝后 ,滑擦作用和热化学反应是PCD的主要去除方式 ,且滑擦作用与热化学反应

同时发生.通过设计一组特殊磨削试验 ,间接证明了磨削后的PCD表面存在由热化学反应产生的软化层.

【期刊名称】《大连理工大学学报》

【年(卷),期】2015(055)003

【总页数】5页(P281-285)

【关键词】聚晶金刚石;磨削;金刚石砂轮;刻划;滑擦;热化学反应

【作者】贾乾忠;李嫚;张弘弢;董海;屈福政

【作者单位】大连理工大学机械工程学院,辽宁大连 116024;大连理工大学机械工程学院,辽宁大连 116024;大连理工大学机械工程学院,辽宁大连 116024;大连理工大学机械工程学院,辽宁大连 116024;大连理工大学机械工程学院,辽宁大连116024

【正文语种】中文

【中图分类】TG580.11

聚晶金刚石(polycrystalline diamond，简称PCD)，是由少量金属粉末催化剂混合在金刚石微粉中，在高温高压下烧结而成的一种超硬材料．在烧结过程中金刚石颗粒之间会形成牢固的C—C键，因此PCD具有接近单晶金刚石的硬度、耐磨性和较高的强度，是一种理想的刀具材料[1]．PCD复合片包括PCD层和硬质合金层，是直接在韧性较好的硬质合金基体上烧结而成[2]．PCD复合片集金刚石的高硬度与硬质合金的良好韧性于一身．然而，因为PCD的高硬度和高耐磨性，PCD 刀具的加工变得非常困难．目前，主要有4种加工PCD刀具的方法，包括电火花磨削加工、热铸铁盘加工、超声振动研磨和金刚石砂轮磨削[3-5]．其中，金刚石

砂轮磨削技术相对比较成熟，工艺易于掌握，已经广泛应用于PCD刀具的实际生产中．但是金刚石砂轮磨削PCD的加工效率低，导致PCD刀具的加工成本较高，已经严重妨碍了PCD刀具的推广应用．为了解决这一技术瓶颈问题，研究PCD

材料的去除机理成为迫在眉睫之事．

通过深入研究PCD不同磨削参数下的去除率Qw和磨耗比Rg，德国学者Kenter 提出了4种PCD磨削中磨粒去除的方式，包括滚压、振动、滑擦和刻划，其中起主要作用的是滑擦和刻划．认为可能存在修锐后金刚石砂轮磨粒压入PCD微小深度并形成切屑的状态；也曾在PCD的刃口处发现了与磨削方向相同的少量划痕[6-8]．但其研究以提高PCD的磨削效率为导向，侧重于比较磨削参数对Qw和Rg

的影响．研究中Kenter没有给出化学去除存在的证据，对PCD去除机理的研究

并不充分．张建华等对砂轮磨削PCD时的磨削区域温度进行了估算和测量，认为PCD的去除机理分为3种：磨粒机械磨耗磨削，热化学磨削，破碎磨削[9]．然而，其没有对热化学磨削进行充分验证，仅从PCD磨削表面的SEM照片一个方面来

判断热化学反应的发生有失片面．研究中的PCD复合片中存在直径达50 μm的

金刚石晶粒，与当今市场主流PCD复合片的晶粒直径相差较大．

在之前的研究中，曾发现金刚石砂轮加工PCD干磨和湿磨的去除机理存在较大差异[5]．干磨时主要是热化学去除和机械热去除，基本不发生疲劳脆性去除；湿磨

时则主要是疲劳脆性去除，同时也存在局部热化学去除．通过进一步探讨金刚石砂轮磨削PCD时的脆性去除机理，提出PCD的脆性去除方式包括微细破碎、沿晶

破碎和疲劳解理破碎[10]．然而，对于PCD磨削中的刻划作用、滑擦作用和热化

学反应等非脆性去除方式缺少深入的研究．本文试验中，对不同磨削条件下的PCD样本进行腐蚀，并对其磨削表面微观形貌进行观察分析，探讨金刚石砂轮磨

削PCD中的刻划作用、滑擦作用，及其与热化学反应之间的关系．

试验选用Element Six公司生产的3种PCD复合片，SYNDITE CTB002、